DE3322430C2

DE3322430C2 - Einrichtung zur Auslösung eines mechanischen Signals bei Überschreiten eines vorbestimmten Drehmoments einer Welle

Info

Publication number: DE3322430C2
Application number: DE3322430A
Authority: DE
Inventors: Peter Roderick Derby King
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1982-06-30
Filing date: 1983-06-22
Publication date: 1986-04-17
Also published as: JPH042782B2; GB2124788A; DE3322430A1; FR2529619A1; JPS5920529A; GB2124788B; FR2529619B1; US4473998A

Abstract

Ein Detektor (42) stellt fest, wenn eine relative Winkelversetzung zwischen einer ersten Welle und einer zweiten Welle eines Gasturbinentriebwerks (10) einen vorbestimmten Wert erreicht. Dieser Detektor weist eine Öffnung (70) in der ersten Welle und eine hiermit zusammenwirkende Klinke (60) auf, die schwenkbar um eine Achse (62) verankert ist, die an der zweiten Welle sitzt. Ein Arm (64) der Klinke (60) läuft am Umfang der ersten Welle entlang und die Öffnung (70) in der ersten Welle liegt anfänglich um einen vorbestimmten Winkelbetrag in Drehrichtung der Wellen vom Arm (64) entfernt. Wenn im Betrieb eine relative Winkelversetzung zwischen den beiden Wellen (36, 38) einen vorbestimmten Wert erreicht, dann fällt der Arm (64) der Klinke (60), nachdem er auf die Öffnung (70) ausgerichtet ist, in diese Öffnung (70) der ersten Welle ein. Die Klinke (60) besitzt eine Klaue (66), die sich von der Welle (36) radial nach außen bewegt und mit einem Hebel (72) zusammenwirkt und diesen versetzt, wenn sich der Arm (64) in die Öffnung (70) hineinbewegt. Die Versetzung des Hebels (72) kann benutzt werden, um die Brennstoffzufuhr nach dem Gasturbinentriebwerk (10) abzuschalten oder um eine Anzeigevorrichtung zu betätigen.

Description

— die vorgegebene Winkelverdrehung einem außerhalb des normalen Betriebsbereiches der Welle (36) liegenden Drehmoment entspricht,

— das Auslöseglied als eine an der Welle (36) schwenkbar befestigte zweiarmige Klinke (60) ausgebildet ist, deren einer Arm mit einem Finger (64) auf der äußeren Oberfläche der Vergleichswelle (38) aufliegt und deren zweiter Arm eine radial nach außen vorstehende Klaue (66) aufweist,

— die Vergleichswelle (38) eine öffnung (70) an der Stelle aufweist, die der Finger (64) bei der vorgegebenen Winkelverdrehung erreicht, und

— die Betätigungsvorrichtung (72) derart bezüglich der Klinke (60) angeordnet ist, daß beim Einfallen des Fingers (64) r· die Öffnung (70) und dem damit verbundenen Schwenken der Klinke (60) die Klaue (66) mii der Betätigungsvorrichtung (72) während der Umdrehung der Welle (36) in Eingriff kommt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Klinken (60) und öffnungen (70) vorgesehen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (72) zur Verminderung oder Abschaltung der Brennstoffzufuhr ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (72) eine Warneinrichtung betätigt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung. Eine solche Einrichtung ist aus der US-PS 50 939 bekannt. Hierbei spricht das Auslöseglied jedoch erst dann an, wenn die Welle bricht. Durch die Sicherheitsvorrichtung soll eine Überdrehzahl der durch den Bruch entlasteten Turbine verhindert werden. Zur Betätigung des Abschaköfgans ist ein Schraubgetriebe vorgesehen, welches bei Bruch der Welle über eine Axialverschiebung eine Auslösung bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe 2Ugrunde, den Bruch der Welle, der durch Überschreiten eines vorbestimmten Drehmomentes verursacht werden könnte, von vornherein dadurch auszuschließen, daß die Einrichtung vor Erreichen der Bruchgrenze aber nach Oberschreiten des normalen Betriebsdrehmomentes anspricht

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Durch die Erfindung wird erreicht, daß beim Oberschreiten eines vorbestimmten Verdrillungswinkels ein Signal geliefert wird, das vorzugsweise automatisch durch Brennstoffreduzierung oder Brennnoffabschaltung den gefährlichen Betriebszustand beendet. Zusätzlich oder start dessen kann auch eine optische oder akustische Warneinrichtung in Tätigkeit gesetzt werden. Durch die Erfindung kann daher durch Feststellung der Verwindung der Welle ein Schaden durch übermäßige Torsionsbeanspruchung vermieden werden.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische, teilweise aufgebrochene Ansicht eines Gasturbinentriebwerks mit einer Sicherheitseinrichtung zur Feststellung einer vorbestimmten Torsionsbelastung einer Welle,

F i g. 2 in größerem Maßstab eine Ansicht der Niederdruckwelle und der koaxial innerhalb der Niederdruckwelle angeordneten Vergleichswelle der in F i g. 1 dargestellten Vergleichswelle,

F i g. 3A, 3B und 3C Querschnitte längs der Linie A-A gemäß F i g. 2, welche verschiedene Verdrillungszustände der Wellen erkennen lassen.

Das Gasturbinentriebwerk nach F i g. 1 weist in Strömungsrichtung hintereinander ein Frontgebläse 12 und ein Kerntriebwerk 16 auf. Das Kerntriebwerk 16 besitzt in Strömungsrichtung hintereinander einen Zwischendruckkompressor 18, einen Hechdruckkompressor 20, eine Ringbrennkammer 22, eine Hochdruckturbine 24. eine Zwischendruckturbine 26, eine Niederdruckturbine 28 und eine Abgasdüse 30. Mehrere Streben 29 tragen das Kerntriebwerk 16. Ein ringförmiger Nebenschlußkanal 14 ist um das Kerntriebwerk 16 herumgelegt und das Frontgebläse 12, der Zwischendrudckompressor 18 und der Hochdruckkompressor 20 sind über eine Niederdruckwelle 36, eine Zwischendruckwelle 34 bzw. eine Hochdruckwelle 32 mit einer Niederdruckturbine 28, einer Zwischendruckturbine 26 bzw. einer Hochdruckturbine 24 antriebsmäßig verbunden. Eine Vegleichswelle 38 liegt koaxial innerhalb der Niederdruckwelle 36 und diese Welle ist am stromaufwärtigen Ende der Niederdruckwe'.le 36 befestigt und erstreckt sich über die volle Länge de' Niederdruckwelle 36, und das stromabwärtige Ende der Welle 38 ist nicht am stromabwärtigen Ende der Niederdruckwelle 36 festgelegt. Ein Detektor 42 stellt fest, wann die relative Winkelverseizung zwischen den Wellen 36 und 38 einen vorbestimmten Betrag erreicht, während das Triebwerk läuft, und dieser Detektor ist am stromabwärtigen Ende der Wellen 36 und 38 angeordnet.

Die F i g. 2, 3A, 3B und 3C zeigen in größerem Maßstab den Detektor 42 und die stromabwärtigen Enden der Wellen 36 und 38. An das stromabwärtige Ende der Welle 36 ist koaxial hierzu eine Welle 40 über Bolzen 44 ,angeflanscht, die durch koaxiale Löcher 48 und 50 in den

-'-- Flanschen 52 bzw. 54 der Wellen 40 bzw. 36 hindurchge- , führt sind, wobei die Verspannung durch Muttern 46 erfolgt. Die Welle 38 weist am stromabwärtigen Ende leine Hülse 43 auf, deren äußerer Durchmesser im wesentlichen gleich ist dem Innendurchmesser der Welle 40, und die Hülse 43 hat wenigstens eine Öffnung 70 in ihrem Umfang. Zwei Flansche 56 bzw. 58 erstrecken

sich in Umfangsrichtung der Welle 40 und wenigstens eine Achse 62 verläuft zwischen den Flanschen 56 und 58. Auf der Achse 62 ist eine zweiarmige Klinke 60 gelagert, deren Finger 54 durch einen Schlitz 68 in der Welle 40 hindurchgreift und am äußeren Umfang der Hülse 43 anliegt Am anderen Ende der Klinke 60 ist eine Klaue 66 vorgesehen, die aus der Welle 40 vorsteht, jedoch nicht über den äußeren Radius der Flansche 56 und 58 verläuft. Eine Betätigungseinrichtung in Gestalt eines Winkelhebels 72 ist im radialen Abstand zu dem äußeren Umfang der Flansche 56 und 58 und zu der Klaue 66 angeordnet und ein Arm 78 des Winkelhebels 72 kann mit einem Brennstoffabschaltventil oder einer Anzeigevorrichtung verbunden sein. In der in Fig.3A dargestellten Stellung ist der Hebel 72 nicht betätigt und das Brennstoffabschaltventil ist offen und der Brennstoff kann nach der Brennkammer des Gasturbinentriebwerke strömen. Der Winkelhebel 72 liegt in der gleichen Ebene wie die Klinke 60 und die Öffnung 70 in der Hülse 43 der Welle 38 liegt ebenfalls in der gleichen Ebene wie der Hebel 72 und die Klinke 60. Wenn das Gasturbinentriebwerk 10 in Ruhe befindlich ^:st, dann liegt die Öffnung 70 der Hülse 43 in einem vorbestimmten Winkel Λ'in Drehrichtung der Wellen 36 und 38 vom Arm 64 der Klinke 60 entfernt, wie dies aus Fig.3A ersichtlich ist. Der Hebel 72 ist auf einer Achse 74 gelagert und frei um die Achse 74 drehbar. Ein Ende 76 des Hebels 72 liegt in radialem Abstand vom äußeren Umfang der Flansche 56 und 58.

Um eine Oberdrehzahl des Turbinenrotors zu verhindem, wird diese übermäßige Verdrillung der Welle festgestellt, bevor diese Welle ausfallen kann, und es wird die Brennstoffzufuhr nach dem Gasturbinentriebwerk abgeschaltet oder es wird die Überdrehzahl der Welle nach dem Bruch festgestellt und dann die Brennstoffzufuhr nach dem Triebwerk abgestellt.

Der Detektor 42 gemäß den F i g. 2, 3A, 3B und 3C kann benutzt werden, um eine übermäßige Verdrillung der Welle 36 zu einem Zeitpunkt festzustellen, bevor die Gefahr eines Wellenbruchs besteht. Um die Verdrillung der Welle 36 festzustellen, ist die Vergleichswelle 38 koaxial innerhalb der Welle 36 angeordnet und am siromoberseitigen Ende mit dieser verbunden. Die Vergleichswelle 38 erstreckt sich über die volle Länge der Wellen 36 und 40. Wenn die Drehzahl der Welle 36 irr. Betrieb ansteigt, ergibt sich eine Verdrillung des stromabwärtigen Endes der Welle 36 und der Welle 40 in Drehrichtung der Welle 36 gegenüber dem stromaufwärtigen Ende der Welle 36. Das Verdrillen der Welle 36 ist auf das ihr aufgeprägte Drehmoment zurückzuführen und resultiert in einer Winkelversetzung zwischen der W°lle 40 und der Hülse 43 am stromabwärtigen Ende der Welle 38. Jede Öffnung 70 in der Hülse 43 liegt anfänglich in einem vorbestimmten Winkel X in Drehrichtung der Welle 36 vom Arm 64 der Klinke 60 entfernt, wie dies au*j F i g. 3A ersichtlich ist.

Im Betrieb wird infolge Verdrillung der Welle 36 der-Arm 64 der Klinke 60 relativ zur Welle 38 und zur öffnung 70 versetzt. Diese Versetzung erfolgt in Drehrichtung der Wellen 36 und 38 und demgemäß wird der Arm 64 nach der öffnung 30 hin versetzt, wie dies in 'E i g. 3B dargestelltist. Der Winkel, über den die Klinke 60 und der Arm 64 versetzt werden, hängt von dem Drehmoment ab, das der Welle 36 aufgeprägt wird, jedoch wird der vorbestimmte Winkel so gewählt, daß er größer ist als die Winkelversetzung der Welle 40 und der Klinke 60 gegenüber der Welle 38 unter normalen Betriebsbedingungen des Gasturbinentriebwerks 10.

Wenn jedoch aus irgendeinem Grunde die Winkelversetzung der Welle 40 und der zugeordneten Klinke 60 gegenüber der Welle 38 größer wird als unter norma len Betriebsbedingungen, dann wird der Arm 64 der Klinke 60 längs des Umfangs der Hülse 43 versetzt, bis die Öffnung 70 in der Hülse 43 erreicht wird. Der Arm 64 der Klinke 60 wird dann auf die Öffnung 70 in der Hülse 43 ausgerichtet und fällt in diese Öffnung ein. Dabei dreht sich die Klinke um die Achse 62 und die Klaue 66 bewegt sich radial von den Flanschen 56 und 58 nach außen. Da sich die Wellen 36 und 38 drehen, greift die Klaue 66 an dem Ende 76 des Hebels 72 an, das gegenüber den Flanschen 56 und 58 versetzt ist, so daß dieser Hebel verschwenkt wird. Die Verschwenkung des Endes 76 des Hebels 72 bewirkt, daß der Hebel 72 mit dem Arm 78 um die Achse 74 gedreht wird, und dies bewirkt eine Abschaltung der Brennstoffzufuhr.

Das in den F i g. 1 bis 3 dargestellte Ausführungsbeispiel kann benutzt werden, um eine übermäßig große Verdrillung \ier Welle 36 festzustellen, bevor die Welle 36 ausfällt Wenn jedoch eine Sichel v/dtsweUe benutzt wird, um einen Leerlauf des Turbinenrotors zu verhindern, dann kann die Versetzung des Hebels 72 benutzt werden, um eine Anzeige dem Cockpit des Flugzei'gs zu liefern, in welchem das Gasturbinentriebwerk eingebaut ist, und cL-ese Anzeige kann zu erkennen geben, daß die Welle 36 im Begriff war, auszufallen, statt die Brennstoffzuführung nach der Brennkammer des Triebwerks zu beenden.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Öffnung und eine damit zusammenwirkende Klinke ersichtlich. Es kann jedoch notwendig sein, mehrere im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnete Öffnungen und hiermit zusammenwirkende Klinken vorzusehen, um die Zeitdauer zwischen dem Einfall der Arme in die Öffnungen bis zu dem Zeitpunkt zu verkürzen, zu dem die Kiaue den Hebei oder das Kabei versetzt und das Abschaltventil betätigt.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Auslösung eines mechanischen Signals beim Erreichen einer vorgegebenen Winkelverdrehung zwischen zwei axial beabstandeten Stellen einer Drehmoment übertragenden Welle eines Gasturbinentriebwerks, mit einer koaxial innerhalb der Welle angeordneten, kein Drehmoment übertragenden Vergleichswelle, die an einer der zwei axial beabstandeten Stellen mit der Welle drehfest verbunden ist, und sich bis zu der anderen Stelle erstreckt, wobei im Bereich der anderen Stelle ein Auslöseglied vorgesehen ist, welches beim Erreichen der vorgegebenen Winkelverdrehung das mechanische Signal erzeugt und an eine Betätigungsvorrichtung weitergibt, dadurch gekennzeichnet, daß